1800-luvun lopussa ja 1900-luvun alussa puhelin- ja radioviestintä kehittyi nopeasti. Vuonna 1882 Venäjän ensimmäinen puhelinkeskus otettiin käyttöön Pietarissa. Tällä asemalla oli 259 tilaajaa. Ja Moskovassa oli suunnilleen samaan aikaan 200 tilaajaa.
Vuonna 1896 Aleksanteri Popov lähetti ensimmäisen radiosignaalin 250 metrin etäisyydellä, joka koostui vain kahdesta sanasta: "Heinrich Hertz".
Viestintäkehitys on ollut teknisen kehityksen eturintamassa. Siitä on kulunut hieman yli vuosisata, ja tämän alan tiedemiesten ja insinöörien työn ansiosta näemme kuinka maailma on muuttunut.
Emme voi kuvitella elämäämme ilman puhelimia, radioviestintää, televisiota ja Internetiä. Tämä perustuu sähkömagneettisten a altojen etenemiseen, jonka teorian kehitti James Clerk Maxwell 1800-luvun puolivälissä. Sähkömagneettiset aallot ovat hyödyllisten signaalien kantajia, ja signaalinsiirron teoriassa venäläisen tiedemiehen ja insinöörin, akateemikon Vladimir Aleksandrovitš Kotelnikovin lause on keskeinen rooli.
Se tuli tieteeseen Kotelnikovin lauseen nimellä.
Vladimir AleksandrovichKotelnikov
Tuleva akateemikko syntyi vuonna 1908 Kazanin yliopiston opettajien perheeseen. Opiskeli MVTU im. Bauman, osallistui häntä kiinnostaviin luentoihin Moskovan v altionyliopistossa. Vuonna 1930 sähkötekniikan tiedekunta, jossa Kotelnikov opiskeli, muutettiin Moskovan voimatekniikan instituutiksi, ja Kotelnikov valmistui siitä. Valmistumisensa jälkeen hän työskenteli useissa yliopistoissa ja laboratorioissa. Sodan aikana hän johti suljetun tutkimuslaitoksen laboratoriota Ufassa, jossa hän käsitteli turvallisia viestintäkanavia ja viestien koodausta.
Solženitsyn mainitsee suunnilleen tällaisen kehityksen romaanissaan "Ensimmäisessä ympyrässä".
Noin neljäkymmentä vuotta hän johti radiotekniikan perusteiden laitosta ja oli radiotekniikan tiedekunnan dekaani. Myöhemmin hänestä tuli Neuvostoliiton tiedeakatemian radiotekniikan ja elektroniikan instituutin johtaja.
Kaikki asianomaisten erikoisalojen opiskelijat opiskelevat edelleen Kotelnikovin "Radiotekniikan teoreettiset perusteet" -oppikirjan mukaan.
Kotelnikov käsitteli myös radioastronomian, v altamerten radiofysikaalisen tutkimuksen ja avaruustutkimuksen ongelmia.
Hän ei ehtinyt julkaista viimeistä teostaan "Model Quantum Mechanics", joka oli kirjoitettu jo lähes 97-vuotiaana. Se ilmestyi vasta vuonna 2008
V. A. Kotelnikov kuoli 97-vuotiaana 11. helmikuuta 2005. Hän oli kahdesti sosialistisen työn sankari, hänelle myönnettiin useita v altion palkintoja. Yksi pienplaneetoista on nimetty hänen mukaansa.
Kotelnikovin lause
Viestintäjärjestelmien kehittäminenherättää monia teoreettisia kysymyksiä. Esimerkiksi minkä taajuusalueen signaalit voidaan lähettää viestintäkanavien kautta, joilla on erilainen fyysinen rakenne, eri kaistanleveydellä, jotta tiedot eivät katoa vastaanoton aikana.
Vuonna 1933 Kotelnikov todisti lauseensa, jota muuten kutsutaan näytteenottolauseeksi.
Kotelnikovin lauseen muotoilu:
Jos analogisella signaalilla on rajallinen (leveydeltään rajoitettu) spektri, se voidaan rekonstruoida yksiselitteisesti ja ilman häviötä sen erillisistä näytteistä, jotka on otettu taajuudella, joka on ehdottomasti suurempi kuin kaksi kertaa ylempi taajuus.
Kuvaa ihanteellista tapausta, kun signaalin kestoaika on ääretön. Siinä ei ole keskeytyksiä, mutta sillä on rajoitettu spektri (Kotelnikovin lauseen mukaan). Rajoitetun spektrin signaaleja kuvaava matemaattinen malli soveltuu kuitenkin hyvin käytännössä todellisiin signaaleihin.
Kotelnikov-lauseen perusteella voidaan toteuttaa menetelmä jatkuvien signaalien diskreetille siirrolle.
Laueen fyysinen merkitys
Kotelnikovin lause voidaan selittää yksinkertaisesti seuraavasti. Jos sinun on lähetettävä tietty signaali, sitä ei tarvitse lähettää kokonaisuudessaan. Voit välittää sen hetkellisiä impulsseja. Näiden pulssien lähetystaajuutta kutsutaan Kotelnikov-lauseessa näytteenottotaajuudeksi. Sen tulisi olla kaksi kertaa signaalispektrin ylempi taajuus. Tässä tapauksessa vastaanottopäässä signaali palautetaan ilman vääristymiä.
Kotelnikovin lause tekee erittäin tärkeitä johtopäätöksiä diskretisoinnista. Eri tyyppisille signaaleille on erilaisia näytteenottotaajuuksia. Puhe- (puhelin)viestille, jonka kanavanleveys on 3,4 kHz - 6,8 kHz, ja televisiosignaalille - 16 MHz.
Viestintäteoriassa on olemassa useita viestintäkanavia. Fyysisellä tasolla - langalliset, akustiset, optiset, infrapuna- ja radiokanavat. Ja vaikka lause kehitettiin ihanteellista viestintäkanavaa varten, sitä voidaan soveltaa kaikkiin muihin kanaviin.
Monikanavainen tietoliikenne
Kotelnikovin lause on monikanavaisen tietoliikenteen taustalla. Näytteitä otettaessa ja lähetettäessä pulsseja pulssien välinen aika on paljon suurempi kuin niiden kesto. Tämä tarkoittaa, että yhden signaalin pulssien aikaväleillä (tätä kutsutaan toimintajaksoksi) on mahdollista lähettää toisen signaalin pulsseja. Toteutettiin järjestelmät 12, 15, 30, 120, 180, 1920 puhekanavalle. Eli noin 2000 puhelinkeskustelua voidaan välittää samanaikaisesti yhden johtoparin kautta.
Kotelnikov-lauseen perusteella, yksinkertaisin sanoin, melkein kaikki nykyaikaiset viestintäjärjestelmät syntyivät.
Harry Nyquist
Kuten tieteessä joskus tapahtuu, samanlaisia ongelmia käsittelevät tiedemiehet päätyvät lähes samanaikaisesti samoihin johtopäätöksiin. Tämä on aivan luonnollista. Toistaiseksi kiistat eivät ole laantuneet siitä, kuka löysi säilymislain - Lomonosov vai Lavoisier, joka keksi hehkulampun - Yablochkin vai Edison, joka keksi radion - Popov vai Marconi. Tämä lista on loputon.
Kyllä,Amerikkalainen ruotsalaista alkuperää oleva fyysikko Harry Nyquist julkaisi vuonna 1927 "Certain Problems of Telegraph Transmission" -lehdessä tutkimuksensa Kotelnikovin k altaisilla päätelmillä. Hänen lauseensa kutsutaan joskus Kotelnikov-Nyquistin lauseeksi.
Harry Nyquist syntyi vuonna 1907, väitteli tohtorinsa Yalen yliopistossa ja työskenteli Bell Labsissa. Siellä hän tutki vahvistimien lämpökohinan ongelmia, osallistui ensimmäisen valosähkälaitteen kehittämiseen. Hänen teoksensa toimivat pohjana Claude Shannonin jatkokehityksille. Nyquist kuoli vuonna 1976
Claude Shannon
Claude Shanonia kutsutaan joskus informaatioajan isäksi – niin suuri on hänen panoksensa viestinnän ja tietojenkäsittelytieteen teoriassa. Claude Shannon syntyi vuonna 1916 Yhdysvalloissa. Hän työskenteli Bell Labissa ja useissa amerikkalaisissa yliopistoissa. Sodan aikana hän työskenteli Alan Turingin kanssa selvittääkseen saksalaisten sukellusveneiden koodit.
Vuonna 1948 hän ehdotti artikkelissa "Mathematical Theory of Communication" termiä bitti informaation vähimmäisyksikön nimitykseksi. Vuonna 1949 hän osoitti (Kotelnikovista riippumatta) lauseen, joka on omistettu signaalin rekonstruoimiseksi sen erillisistä näytteistä. Sitä kutsutaan joskus Kotelnikov-Shannon-lauseeksi. Totta, lännessä Nyquist-Shannonin lauseen nimi on hyväksytty.
Shannon esitteli entropian käsitteen viestintäteoriassa. Olen opiskellut koodeja. Hänen työnsä ansiosta kryptografiasta on tullut täysimittaista tiedettä.
Kotelnikov ja kryptografia
Kotelnikov käsitteli myös koodi- ja koodiongelmiakryptografia. Valitettavasti Neuvostoliiton päivinä kaikki koodeihin ja salakirjoihin liittyvä oli tiukasti luokiteltu. Ja monien Kotelnikovin teosten avoimia julkaisuja ei voitu julkaista. Hän työskenteli kuitenkin luodakseen suljettuja viestintäkanavia, joiden koodeja vihollinen ei voinut murtaa.
18.6.1941, melkein ennen sotaa, kirjoitettiin Kotelnikovin artikkeli "Automaattisen salauksen perusteet", joka julkaistiin vuoden 2006 kokoelmassa "Kvanttisalaus ja Kotelnikovin lause kerta-avaimista ja lukemista".
Melunsieto
Kotelnikovin työn avulla kehitettiin mahdollisen kohinansietokyvyn teoria, joka määrittää viestintäkanavassa mahdollisesti olevan häiriön enimmäismäärän, jotta tietoa ei menetetä. Tarkastellaan ideaalisen vastaanottimen muunnelmaa, joka on kaukana todellisesta. Mutta tapoja parantaa viestintäkanavaa on selkeästi määritelty.
Avaruustutkimus
Kotelnikovin johtama tiimi teki suuren panoksen avaruusviestinnän, automaation ja telemetrian järjestelmiin. Sergei Pavlovich Korolev otti Kotelnikov-laboratorion mukaan avaruusteollisuuden ongelmien ratkaisemiseen.
Kymmeniä ohjaus- ja mittauspisteitä rakennettiin, ja ne yhdistettiin yhdeksi ohjaus- ja mittauskompleksiksi.
Kehitettiin tutkalaitteita planeettojen välisiä avaruusasemia varten, kartoitus tehtiin Venuksen planeetan läpinäkymättömässä ilmakehässä. Kotelnikovin johdolla kehitettyjen laitteiden avulla avaruusasemat "Venera" ja "Magellan" toteuttivatplaneetan tutka-alueet enn alta määrätyillä sektoreilla. Tämän seurauksena tiedämme, mitä Venuksella on piilotettu tiheiden pilvien takana. Marsia, Jupiteria ja Merkuriusta tutkittiin myös.
Kotelnikovin kehitystyöt ovat löytäneet käyttöä kiertorata-asemissa ja nykyaikaisissa radioteleskoopeissa.
Vuonna 1998 V. A. Kotelnikov sai von Karman -palkinnon. Tämä on International Academy of Astronauticsin myöntämä palkinto, joka myönnetään luovaa ajattelua omaaville ihmisille merkittävästä panoksesta avaruustutkimukseen.
Etsi radiosignaaleja maan ulkopuolisista sivilisaatioista
Kansainvälinen ohjelma maan ulkopuolisten sivilisaatioiden Setin radiosignaalien etsimiseksi suurimpien radioteleskooppien avulla käynnistettiin 90-luvulla. Kotelnikov perusteli tarvetta käyttää monikanavaisia vastaanottimia tähän tarkoitukseen. Nykyaikaiset vastaanottimet kuuntelevat miljoonia radiokanavia samanaikaisesti kattaen koko mahdollisen alueen.
Hänen johdolla tehtiin myös työtä, joka määrittelee kriteerit kohtuulliselle kapeakaistaiselle signaalille yleiskohinassa ja häiriöissä.
Valitettavasti tämä haku ei ole toistaiseksi onnistunut. Mutta historian mittakaavassa niitä tehdään hyvin lyhyen ajan.
Kotelnikovin lause viittaa tieteen perustavanlaatuisiin löytöihin. Se voidaan turvallisesti asettaa Pythagoran, Eulerin, Gaussin, Lorentzin jne. lauseiden tasolle.
Kaikilla alueilla, joilla on välttämätöntä lähettää tai vastaanottaa sähkömagneettisia signaaleja, käytämme tietoisesti tai tiedostamatta Kotelnikov-lausetta. Puhumme puhelimessa, katsomme televisiotakuuntele radiota, käytä Internetiä. Kaikki tämä sisältää pohjimmiltaan signaalien näytteistysperiaatteen.
